14
ORE Open Research Exeter TITLE Mooring systems for marine energy converters AUTHORS Flory, JF; Banfield, SJ; Ridge, IML; et al. DEPOSITED IN ORE 20 January 2017 This version available at http://hdl.handle.net/10871/25315 COPYRIGHT AND REUSE Open Research Exeter makes this work available in accordance with publisher policies. A NOTE ON VERSIONS The version presented here may differ from the published version. If citing, you are advised to consult the published version for pagination, volume/issue and date of publication

2016 Oceans - Mooring Systems for Marine Energy Converters

  • Upload
    others

  • View
    2

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: 2016 Oceans - Mooring Systems for Marine Energy Converters

ORE Open Research Exeter

TITLE

Mooring systems for marine energy converters

AUTHORS

Flory, JF; Banfield, SJ; Ridge, IML; et al.

DEPOSITED IN ORE

20 January 2017

This version available at

http://hdl.handle.net/10871/25315

COPYRIGHT AND REUSE

Open Research Exeter makes this work available in accordance with publisher policies.

A NOTE ON VERSIONS

The version presented here may differ from the published version. If citing, you are advised to consult the published version for pagination, volume/issue and date ofpublication

Page 2: 2016 Oceans - Mooring Systems for Marine Energy Converters

Mooring Systems for Marine Energy Converters  

John F. Flory, Tension Technology International, Morristown, NJ, USA, [email protected] 

Stephen J. Banfield, Tension Technology International, Eastbourne, UK, [email protected] 

Dr. Isabel M.L. Ridge, TTI Testing, Wallingford, Oxfordshire, UK, [email protected] 

Ben Yeats, Tension Technology International, Inverness, UK, [email protected]  

Tom Mackay, Tension Technology International, Inverness, UK, [email protected]  

Dr. Pengzhu Wang, Bridon International, Doncaster, UK, [email protected] 

Tim Hunter, Bridon International, Doncaster, UK, [email protected] 

Prof. Lars Johanning, Uni. of Exeter, Exeter, UK, [email protected] 

Manuel Herduin, Uni. of Western Australia, Crawley, Australia, [email protected] 

Peter Foxton, Vryhof Engineering Limited, Douglas, Isle of Man, UK, Peter. [email protected] 

Abstract 

This paper discusses several new technologies for mooring floating marine energy converter (MEC) devices, such as wave energy generators, tidal current turbines and floating wind turbines. 

The  principal mooring  component  is  a  special  nylon  fiber  rope  which  provides  cyclic  tension  fatigue endurance much  superior  to  that of conventional nylon  ropes.       The nylon  fiber  is  treated with a new proprietary  coating which  has  excellent wet  yarn  abrasion  properties.  The  parallel‐subrope  type  rope construction further reduces internal abrasion. 

Extensive laboratory testing was carried out on this new nylon rope design.  Cyclic tension fatigue tests were conducted at mean loads and load amplitudes typical of actual service conditions and at higher mean loads and amplitudes.   These tests demonstrate that the special nylon rope has essentially the same, desirable stretch characteristics as conventional nylon rope and has much better endurance performance.  

The mooring connection to the floating MEC device consists of a high‐modulus fiber rope pendant which passes through a low‐friction bell‐mouth nylon fairlead on the MEC device. This eliminates the use of heavy, unreliable chain in this critical connection. 

A unique bag anchor system would be used on sand, clay, rock and other sea beds in which conventional drag embedment anchors and driven piles are  impractical.   The bag anchor consists of a  large abrasion resistant carcass with lifting straps and top closure.  The bag is transported to site in a collapsed form and is filled with local sand or aggregate to provide ballast weight.  Several or many such bags are enclosed within a fiber rope net for deployment and are grouped together for connection to the mooring line. 

The paper will be of particular interest to designers of moorings for MEC systems in shallow water and severe wave environments.  It will also be of interest for other mooring applications. 

To be presented at OCEANS ’16 Monterey MTS/IEEE Conference, Sept. 19‐ 22, 2016                    Copyright IEEE 

Page 3: 2016 Oceans - Mooring Systems for Marine Energy Converters

Key Words – energy converter, wave energy, current energy, wind energy, buoy, mooring, anchor, rope, nylon, fairlead, test 

INTRODUCTION 

Marine energy converters (MEC) will generally be located in very demanding environments, often in shallow water depths and often on sand, clay, rocky or hard sea beds.  The mooring systems for these MECs should keep the device on station in severe wave, current and wind conditions.  They should also limit horizontal offset in order to accommodate power cables to the ocean floor. The mooring system footprint should be small to control installation costs and to reduce the area occupied by arrays of devices. 

Conventional steel wire and chain mooring systems do not provide the necessary compliance (stretch) and reliability. A mooring component failure will necessitate high offshore repair costs or the need to take the device out of service. 

With funding from the UK Carbon Trust and other agencies, Tension Technology International (TTI), Bridon International, Exeter University, Vryhof and other companies and  institutions are developing and testing components for a MEC mooring system which provides the necessary strength, compliance and reliability.   

MEC systems are typically moored in less than 100 m (300 ft) of water. The maximum peak to trough wave might be as high as 25 m  (75  ft), with corresponding  large wave‐induced horizontal excursions.   Thus  in survival mode,  the MEC mooring  system might have  to accommodate horizontal movements which are more than 25% of the water depth. 

A schematic of a catenary anchor leg moored buoy is shown in Figure 1.  Catenary mooring systems rely on the weight of chain to produce restoring forces.  As the buoy is offset to the side by waves or other forces, the chain becomes taut and pulls up on the anchor.  The mooring leg becomes stiff and cannot offset any further, resulting in very high tension. 

A taut‐leg fiber anchor leg moored buoy is also shown in Figure 1. This type of mooring is now used on many deepwater oil exploration  and production platforms.    In  such  applications,  the  fiber  rope mooring  legs typically extend down at about 45 degrees to anchors on the sea floor.  As the buoy is offset, the mooring rope stretches, but it does not become as stiff as a fully offset catenary anchor chain.   

The taut‐leg fiber rope anchor leg mooring system now proposed for use on MECs is shown in Figure 2.  A nylon rope mooring line is preferred because it has much more stretch than polyester rope.  A high modulus fiber  rope pendant  is used  to connect  the mooring  line  to  the buoy, eliminating  the use of  chain.   The pendant passes through a  low friction fairlead on the buoy.   A bag anchor system would be used where conventional drag or pile anchors are not practical. 

Nylon Mooring Rope 

The principal mooring component is a special nylon fiber rope which provides the compliance (stretch) and 

cyclic tension fatigue performance necessary to moor MEC devices.  The fatigue durability is much superior 

to that of conventional nylon ropes.   The unit length cost of nylon is approximately half that of chain with 

the same break strength.  In shallow water moorings, larger chain would normally be used to provide the 

necessary catenary mooring offset characteristics.  Thus using nylon mooring lines can achieve substantial 

cost benefits. 

Page 4: 2016 Oceans - Mooring Systems for Marine Energy Converters

Research in the 1980s showed that, when subjected to cyclic tension, wet conventional nylon ropes degrade 

rapidly due to  internal abrasion.1 2   Special treatments to the nylon yarn were shown to greatly  improve 

cyclic tension fatigue performance.3 4 

Because polyester ropes do not suffer from this internal abrasion problem, they are recommended for many 

mooring applications.5  Research demonstrated that polyester mooring ropes have excellent durability when 

subjected to cyclic tension.6 7 8  

Polyester ropes are now widely used for mooring oil exploration and production platforms in deep water.9 

One  objective  in  this  application  is  to  minimize  platform  horizontal  excursion  in  order  to  prevent 

overstressing the drill stem or production riser.   Polyester rope taut leg mooring systems in water depths 

greater than 1,000 m (3,000 ft) can limit platform excursions to less than 2% of water depth.  

MEC devices are typically moored in less than 100 m (300 ft) of water.  Polyester ropes could be used in this 

application, but very long mooring legs would be needed to provide the necessary stretch.  Shorter nylon 

ropes would provide the necessary stretch. But conventional nylon ropes would have very limited service 

life in this application.  If nylon rope mooring legs could be used, it would save cost and reduce the footprint 

of the mooring arrangement. 

Special Parallel Subrope Type Nylon Rope 

Bridon has designed a special nylon rope which has much better endurance in tension cycling.  Some test 

results for small rope specimens were discussed in a previous paper.10 This paper provides additional test 

results and further information.11  

Most conventional nylon mooring ropes are either double‐braid or 8‐strand construction.  Figure 3 shows a 

double braid rope.  It comprises a braided core surrounded by a braided cover.  Internal abrasion takes place 

at the many cross‐over points between the braided strands.   

Figure 3 also shows the parallel‐subrope type rope construction.  It comprises many subropes which extend 

in parallel over the entire rope length and are covered by a braided jacket.  The large polyester ropes used 

to moor deepwater platforms are of this construction.  There is essentially no abrasion between the parallel 

subropes.  These subropes are typically long‐lay‐length 3‐strand construction which further reduces internal 

abrasion. 

The nylon yarn used in this Bridon subrope is treated with a new proprietary coating which has excellent 

wet yarn abrasion properties.  Figure 4 compares the wet yarn abrasion performance of this nylon yarn with 

that of another nylon yarn and with the Cordage Institute criteria for marine grade nylon yarn.12   

In the yarn‐on‐yarn abrasion test, a yarn under tension is rubbed against itself until it fails.13   The Cordage 

Institute minimum performance criteria for marine grade nylon yarn are shown on this graph as a dashed 

line.14  Type 1, an earlier nylon yarn tested by Bridon for this application, performed better than most nylon 

yarns.    The abrasion performance of the Type 3 yarn is more than ten times that of the Cordage Institute 

criteria.   Bridon now uses the Type 3 nylon yarn in this new rope design. 

Extensive  laboratory testing has been carried out to demonstrate the endurance of this new nylon rope 

design.  A first series of tests, reported in the previous paper, were conducted on a small 17 mm (0.7 inch) 

Page 5: 2016 Oceans - Mooring Systems for Marine Energy Converters

diameter subrope.   That rope has an average wet new break  load (NBL) of 68 kN (15.3 kip).    It would be 

suitable for making parallel‐subrope type mooring lines for small buoys.   

This paper presents some of the results of a second series of tests conducted on a larger subrope, shown in 

Figure 5.  The diameter of that subrope is 33 mm (1.3 inch) and the average wet NBL is 249 kN (60 kip).  This 

large subrope would be used to make mooring lines for large renewable energy system moorings.  Many 

such subropes would be arranged in parallel and covered by a braided jacket to make the mooring line. 

The lay length to diameter ratio for both ropes was greater than 6:1. This is a longer lay length than that 

used  in  conventional  3‐strand nylon  ropes.    The  subrope  can have  such  a  long  lay  length because  the 

assembled mooring rope is jacketed. 

Figure 6 compares the broken‐in stiffness (after 10 cycles) of this special nylon subrope with a comparable 

polyester subrope used in parallel strand ropes.  At 50% of NBL, the strain in the polyester subrope is about 

5% of its length, and the strain in the nylon subrope is about 13%.  These strain values are similar to those 

for conventional polyester and nylon rope constructions. 

Cyclic tension fatigue tests were conducted on both the small and large nylon subropes.  Figure 7 is a cycles 

to  failure  (CTF) plot of the results of these tests.   There  is essentially no difference between the  fatigue 

performance of  the  recently  tested  large subrope and  that of  the small subrope  results  reported  in  the 

previous paper.  A dashed line shows the mean of these CTF data, determined by regression analysis.   

The solid line is 2 standard deviations below the mean CTF line.  It represents a suggested design CTF line, 

using the format employed in section 6.2 of API RP 2SK for fatigue resistance of mooring components.15  

Figure 8 compares the cyclic load design line of this nylon subrope with those of other fiber and wire ropes 

and chain.  It is similar to that of conventional polyester ropes.  It is much better than that of conventional 

nylon rope constructions.  It is also better than those of wire rope and chain in water. 

For a typical renewable energy device mooring under consideration, the mean mooring load is 30% of NBL, 

and the cyclic load range is 6% NBL.  A small subrope was cycled 10,000,000 times at this mean load and 

load range  in a test which  lasted thirteen months.   After this cycling test, the rope’s break strength was 

94%of its original wet NBL.   

A large subrope was cycled 20,000,000 cycles at that mean load and range.  After this test, the rope’s break 

strength was 108% of its wet NBL.  It is not unusual for rope strength to increase during cycling. Examination 

of the rope interior after the break showed no apparent signs of abrasion wear.  

Nylon Low‐Friction Fairlead To Reduce Wear 

A high‐strength  fiber  rope pendant can be used as  the connection  to  the MEC device  instead of heavy, 

unreliable chain.  The fiber rope pendant would pass through a low‐friction nylon bell‐mouth fairlead and a 

plastic lined hawse pipe.  This work was funded by Innovate UK under the Marine Energy Supporting Array 

Technologies (MESAT) program. 

The  bell‐mouthed  fairlead  is  based  on  the  nylon  Panama  fairlead  developed  by  TTI  and marketed  by 

Nylacast. The material is Oilon grade nylon which has special lubricant to reduce friction and abrasion. That 

Page 6: 2016 Oceans - Mooring Systems for Marine Energy Converters

fairlead design  is now used successfully on many gas carriers to reduce wear on synthetic fiber mooring 

lines.16   

This bell‐mouth fairlead is shown in Figure 9.  The ratio of curvature of the bell‐mouth to the rope diameter, 

D/d is 31:1.  For testing, the fairlead was represented by a large Oilon grade nylon sheave having the same 

D/d ratio.  It was repositioned before each series of tests to expose a new surface to the rope. 

Tests were carried out on rope samples of  three candidate materials  for making  the mooring pendants, 

Dyneema, Technora and Vectran.17  The ropes were 32 mm (1.25 in.) diameter 12‐strand braided fiber ropes 

manufactured by Bridon.  The NBL of each of these ropes was about 83 tonnes.  The rope and the fairlead 

represented the sizes of those which might be employed in field applications on WEC. 

The portion of rope which passed through the fairlead was covered by a 4‐layer protective sleeve designed 

to prevent the  load bearing rope core from sliding within the rope cover.   This sleeve also prevents heat 

generated by friction due to sliding over the fairlead from reaching the load bearing core. 

The tests were conducted on a large cyclic bend and tension load test machine at TTI Testing in Wallingford, 

UK.  This special test machine is shown in Figure 10.  With this machine, one end of the test rope is cyclically 

raised and lowered to wrap around the fairlead while the entire rope is also cyclically tensioned to pull back 

and forth through the fairlead.  Water was sprayed on the rope during testing. 

In a first test series, all three candidate ropes were tension cycled 1419 times at a mean load of 40% of NBL 

and a load range of 20% NBL, while being cycled 473 times at angles up to 18 degrees.  In these tests the 

protection sleeve showed no evidence of damage, and there was no measurable loss of nylon material on 

the fairlead.  The Vectran and Dyneema rope samples did well in these initial tests. 

A second  test series was conducted on  the Vectran  rope and on both single and double Dyneema  rope 

samples using a test matrix derived to represent 6 months of field service.  This imposed over a million bend 

cycles and corresponding tension cycles.  The mean bend angle throughout these tests was 12.5 degrees, 

with cyclic ranges of 6, 12 and 18 degrees.  The mean load throughout most of the tests was 5% of MBL with 

load ranges up to 9% of MBL, but mean loads as high as 40% MBL with a load range of 20% were applied. 

In these tests, the single Dyneema rope retained 64% of its new NBL.  A second test was conducted with a 

doubled Dyneema  rope  to effectively double  the strength and halve  the  rope stresses.    In  this  test,  the 

protection sleeve was placed by hand rather than braided by machine, and it was not firmly fixed in place.  

It slid along the rope and wore through, allowing the rope to rub directly on the nylon sheave.  This caused 

the rope to heat up, weakening the HMPE fiber.  As a result, that rope failed at 60% of its new NBL.  This 

problem actually proved that the sleeve effectively serves as a thermal and abrasion resistant barrier to 

protect the rope. 

After this test with the doubled rope, the internal fibers were in much better condition compared with the 

single rope.  But bending and rubbing against the fairlead caused thermo‐mechanical working of the fibers 

which altered the crystallinity of the HMPE material and caused the highly drawn molecular structure to 

revert  towards  its  original  undrawn  state.    The HMPE  yarn  lost  strength  as  a  result.    This  is  a  known 

characteristic with highly drawn rope making fibers and is especially a problem with highly drawn HMPE.  

Page 7: 2016 Oceans - Mooring Systems for Marine Energy Converters

The 4‐layer protective sleeve combined with the nylon liner performed well in protecting the pendant rope 

from external abrasion and frictional heating due to sliding over the fairlead. 

These  tests demonstrated  that a special nylon bell‐mouth  fairlead  in combination with a special 4‐layer 

sleeve can successfully protect a synthetic fiber rope. A larger high modulus rope pendant with a properly 

applied protective sleeve would have performed much better.  There was no significant damage to the nylon 

surface of the sheave which represented the bell‐mouth fairlead.   

The  tests also  identified  the HMPE heat‐induced  strength  loss problem and demonstrated a method of 

reducing and eliminating the problem. 

Bag Anchors 

A unique bag anchor system has been developed for use on sand, clay, rock, mud and other sea beds  in 

which conventional drag embedment anchors and driven piles are impractical.  It is a flexible bag filled with 

ballast appropriate for the specific site and application.  The ballast is a heavy, pourable material, such as 

local sand or aggregate, or heavier “drilling” mud or scrap steel pellets.   

The bag anchor functions as a conventional gravity type anchor.  A group of anchor bags is enclosed within 

a fiber rope containment net and is joined to the mooring line by yokes, as shown in Figure 11.   

Each cylindrical bag is about 2 m (6.6 ft) diameter and 2 m high.  The bag consists of an abrasion resistant 

carcass with  lifting straps and top closure.   An  inner  impermeable  liner might be used where the ballast 

poses an environmental concern.  Lifting straps are sewn to the carcass. 

The anchor bag is transported to the site in a collapsed form.  The bag is filled with ballast weight on shore 

or offshore prior to deployment or it is filled after being placed on the seabed. 

The bag anchor concept can be economical when compared with alternative gravity anchor systems.  A bag 

anchor would cost about $250 per wet kip (1000 lb weight in water) using local aggregate and maybe cost 

less with denser material.  Estimates show that cast reinforced concrete and scrap steel chain would each 

cost about $600 per wet kip and that fabricated steel gravity anchors would cost about $1000 per wet kip.  

The  bag  anchors  could  be  delivered  to  the  site  empty,  thus  avoiding  shipping  costs  incurred with  the 

alternatives. 

The bag anchor concept was originally conceived by TTI.  It is being developed through a consortium with 

anchoring  specialists  at  Vryhof  Engineering,  the  University  of  Exeter  and  TenCate.    The  bag  anchor 

development, along with the nylon rope development was funded by the UK Carbon Trust under the Carbon 

Trust Marine Energy Accelerator Grant and the Scottish Government Marine Renewables Commercilisation 

Fund.18 

The investigation of feasible mooring systems began in 2008. The bag anchor design was developed in 2009.  

Small scale testing of bags, nets and deployment methods were carried out during 2010.  A prototype bag 

anchor, using geotextile bags, was manufactured in 2011.  Lifting trials were carried out on partially filled 

bags at the University of Exeter at Falmouth in 2012.   

The empty bag anchors were then transported to the Isle of Man  in 2013.   An assembly of seven anchor 

bags was placed on the Douglas harbor floor at low tide, enclosed within a containment net, and filled with 

Page 8: 2016 Oceans - Mooring Systems for Marine Energy Converters

ballast.  This arrangement is shown in Figure 12.  After the assembly was submerged at high tide, a harbor 

tug  pulled  on  it  at  an  upward  angle with  the  tugs  full  bollard  pull  capacity  of  5  tonnes  (11  kip).   No 

displacement of the assembly was observed.  This demonstrated a friction coefficient on the seafloor of at 

least 0.45, and it is probably substantially higher.19   

A full‐size bag anchor system was manufactured in 2015 for future deployment at a test site.  Continuation 

of the test program is now awaiting further funding. 

Conclusions 

The nylon parallel subrope type rope design has been thoroughly tested to demonstrate its suitable for use 

on MEC moorings and other similar shallow water buoy and platform moorings.  The nylon parallel subrope 

type rope has more stretch but less endurance than the similar polyester parallel subrope type rope.  It has 

better endurance than chain and wire in water and much better endurance than conventional nylon rope 

constructions.   When more stretch  is needed than can be provided by polyester rope, the nylon parallel 

subrope design is a very good candidate for use in mooring systems. 

The  low  friction nylon bell‐mouth  fairlead has been demonstrated  to be  suitable  for use on buoys and 

platforms to protect fiber rope pendants.  However, further development and testing of the high modulus 

fiber rope mooring pendant should be done.  When fully developed, a fiber rope mooring pendant used with 

the low friction fairlead can replace heavy, failure‐prone chain on buoys and platforms. 

The  bag  anchor  system  has  undergone  limited  testing.    A  prototype  bag  anchor  system  is  ready  for 

deployment but is awaiting funding.  It can be used as a gravity anchor on rock, sand, clay and other sea 

beds on which drag anchors and piles are impractical. The bag anchor system can be more economical than 

other gravity anchor material alternatives.   

Each  of  these  new mooring  system  components  can  be  used  independently with  other  conventional 

components (e.g. nylon mooring line with drag embedment anchor).  The high modulus fiber rope through 

low friction fairlead and the bag anchor system concepts require further development. The nylon parallel 

subrope type rope is ready for use on MEC device moorings and other suitable mooring applications.  

 

ACKNOWLEDGEMENTS 

This work would not have been possible without the funding and support of the Scottish Government, the Carbon Trust and Innovate UK.  

The project was funded under the Marine Renewables Commercialization Fund (MRCF) and Marine Energy Supporting Array Technologies (MESAT).  

Other partners who contributed  to  this project  include Lloyd’s Register, DNV‐GL, TenCate, Orion Energy Centre, Nylacast, and offshore wind developer IDEOL.   

Input and encouragement was provided by  tidal power developer partner Bluewater, and wave energy developers AWS Ocean Energy and Pelamis.    

July 16, 2016 

Page 9: 2016 Oceans - Mooring Systems for Marine Energy Converters

References

1 J.F.Flory, “New and used Strength of Large Marine Hawsers”, Offshore Technology Conference, OTC 4304, SPE, 1982 

2 S.H. Markussen, E.S. Hunt and R.E. Hobbs, “Wear of Nylon Hawsers Over Rollers, Pulleys and Fairleads”, Offshore Technology Conference, OTC 4765, SPE, 1984 

3  J.F.  Flory,  J.W.S.  Hearle  and M.  Goksoy,  “Abrasion  Resistance  of  Polymeric  Fibres  In Marine  Conditions”,  2nd International Conference on Polymers in a Marine Environment, IME, London, 1987 

4 J.F. Flory, Prof. John W. S. Hearle and Dr. Mustafa Goksoy, ‟Yarn Friction and Abrasion Characteristics as Indicators of Rope Performance", MTS '90 Conference Proceedings, MTS, Washington, DC, 1990 

5 J.F. Flory, M.R. Parsey and H.A. McKenna, “The Choice Between Nylon and Polyester for Large Marine Ropes”, 7th Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering, ASME, New York, 1988 

6 NDE/TTI Joint Industry Study, “Engineer’s Design Guide for Deepwater Fibre Moorings”, OPL. London, 1999 

7  S.J.  Banfield,  N.F.  Casey  and  R  Nataraja,  “Durability  of  Polyester  Deepwater  Mooring  Rope”,  Proc.  Offshore Technology Conference, OTC 17510, SPE, 2005 

8 J.F. Flory and S.J. Banfield, “Durability of Polyester Ropes Used In Deepwater Mooring Lines” MTS/IEEE OCEANS 2006 Conference Proceedings, IEEE, Piscataway, NJ and MTS, Columbia, MD, 2006 

9 J.F. Flory, S.J. Banfield and C. Berryman, “Polyester Mooring Lines On Platforms and MODUs in Deep Water, Offshore Technology Conference, OTC 18768, SPE, 2007 

10 I.M.L Ridge, S.J. Banfield and J. Mackay, “Nylon Fibre Rope Moorings for Wave Energy Converters”, MTS/IEEE Oceans Conference 2010 Seattle, IEEE. Piscataway, NJ and MTS, Columbia, MD, 2010 

11  I.M.L. Ridge,  “Nylon Ropes  for WEC Moorings  ‐  Final Report”, Carbon Trust Reference Number 0912‐050, TTI, Eastbourne, UK, 2013 

12 “Performance Requirements for Marine Grade Nylon Yarn for Fiber Rope”, CI 2009N, Cordage Institute, Wayne, PA, 2013 

13 “Test Method for Yarn‐on‐Yarn Abrasion, Wet and Dry”, CI 1503, Cordage Institute, Wayne, PA, 2009 

14 “Performance Requirement for Marine Grade Nylon Yarn for Fiber Rope”, CI 2009N, Cordage Institute, Wayne, PA, 2013 

15 API RP2SK, “Design and Analysis of Stationkeeping Systems for Floating Structures”, 3rd ed., American Petroleum Institute, 2005 

16 J.F. Flory, K. Black, S.J. Banfield, and  I. Ridge, “Low‐Friction, Low‐Abrasion Fairlead Liners”, MTS/IEEE Oceans  ‘12 Hampton Roads Conference, IEEE, Piscataway, NJ and MTS, Washington, DC, 2012 

17  S.J.  Banfield,  Final  Report,  Synthetic  Fiber  Rope  Polymer  Lined  Fairleads,  TSB  Project  Ref  19116‐141146,  TTI, Eastbourne UK, April 29, 2016 

18 T. Mackay and P. Foxton, MRCF – Advanced Mooring System for Wave and Tidal Project, Anchor Bag Qualification Plan, TTI‐TM‐2014‐1438‐R1006, October, 2015 

19 P. E. Foxton, Large Scale Bag Anchor Offshore Tests, PRO‐CT‐M5‐WP2.7‐PEF, Promoor Limited, Douglas, Isle of Man, March 3, 2013 

                                                       

Page 10: 2016 Oceans - Mooring Systems for Marine Energy Converters

Figure 1 Catenary Anchor Leg and Taut‐leg Fiber Rope Mooring Systems 

 

 

Figure 2 Marine Energy Converter Buoy Mooring System, with Bag Anchor System, 

    Nylon Parallel Subrope Mooring Line and Bell‐Mouth Fairlead 

 

 

Figure 3 Double Braid and Parallel Subrope Constructions  

 

Page 11: 2016 Oceans - Mooring Systems for Marine Energy Converters

 

Figure 4 Bridon Subrope Nylon, Yarn‐on‐Yarn Abrasion Performance 

 

Figure 5  Bridon Nylon 3‐Strand Subrope 

Figure 6 Nylon and Polyester Subrope Force vs. Strain Graphs 

Page 12: 2016 Oceans - Mooring Systems for Marine Energy Converters

Figure 7 Nylon Subrope Cyclic Tension Fatigue Test Results 

 

Figure 8 Comparison of Cyclic Tension Fatigue Performance 

 

Page 13: 2016 Oceans - Mooring Systems for Marine Energy Converters

 

 

 

Figure 9   Nylon Bell‐Mouth Fairlead 

    Liner for High‐Strength 

    Fiber Rope Mooring Pendant 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 10  Cyclic Tension and Bend Test Machine, TTI Labs, Wallingford 

   

Page 14: 2016 Oceans - Mooring Systems for Marine Energy Converters

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 11  Tandem Anchor Bag System with Net and Connecting Yoke 

 

Figure 12  Prototype Bag Anchor System on Harbor Seafloor, Isle of Man, for Pull Tests